Durant els anys 1985-86 l'església de Sant Marçal de Terrassola fou objecte d'una restauració total i una reorganització de l'entorn dutes a terme pel Servei de Patrimoni Arquitectònic de la Diputació de Barcelona, segons el projecte de l'arquitecte Rafael Vila Rodríguez. Aquesta actuació va ser precedida d'una recerca documental, portada a terme per les senyores Anna Castellano i Maria José Sureda. L'excavació arqueològica prèvia abastà la totalitat de la superfície interior del temple i els rebliments que hi havia sota les teulades; a més es van fer dos sondeigs extramurs de l'absis major. Les recerques dutes a terme permeteren identificar deu fases diferents d'ocupació. Així, les restes més antigues conegudes al solar de Sant Marçal corresponen a una habitació d'època ibèrica, situada al bell mig de l'àrea ocupada pel temple actual, amb una cronologia que abasta des de mitjan segle IV a la darreria del segle II aC. L'ocupació del capcer de Terrassola a l'època de l'Alt Imperi Romà també és documentada per la presència d'alguns materials ceràmics. Si bé no coneixem cap estructura arquitectònica d'aquell moment, es pot suposar que hi havia una vil·la romana als voltants del lloc on avui hi ha l'església. Després de l'abandó de l'explotació agrícola romana, de la qual tan sols podem intuir que funcionava durant els segles II i III dC, no tenim més dades sobre l'ocupació del promontori fins al segle X, la qual cosa no vol dir que deixés d'utilitzar-se en aquesta darrera data. És d'aquell moment una necròpoli d'inhumació, amb vuit sepultures antropomorfes d'adults i dues d'el·líptiques d'infants, coetànies a les anteriors, retallades en part als rebliments de l'època ibèrica i en part al terreny natural. Les tombes es trobaven concentrades a la meitat sud de la nau i, en més quantitat, a ponent. La presència d'aquesta sagrera pot indicar l'existència d'un edifici religiós anterior a l'actual, desconegut fins ara, que caldria situar fora de l'àrea afectada per l'excavació arqueològica, segurament cap al sud-oest. Els rebaixos de nivell realitzats anteriorment al voltant del temple fan que sigui impossible confirmar aquesta hipòtesi. Només es coneixen íntegrament tres tombes d'adults, ja que dues estaven tallades pels fonaments del temple i la resta estaven parcialment arrasades per remocions posteriors.
L'absència d'aixovar i d'elements de cultura material als rebliments de les tombes fa difícil la datació absoluta de la necròpoli, però la tipologia i la datació "ante quem" proporcionada pel fet que algunes sepultures van ser tallades per la cimentació del temple permeten establir-ne la datació prop del final del segle IX i sobretot al llarg del segle X. Finalment, a les acaballes del segle XI o començament del XII es va construir l'edifici que sense grans canvia ha arribat fins avui.